(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス軸受スピンドルのためのガス軸受アセンブリであって、
ハウジング部と、
前記ハウジング部内に設けられ、前記ハウジング部に対して弾性的に取り付けられた内側ラジアル軸受部と、を備え、
前記内側ラジアル軸受部は、
軸受面を有する内殻軸受部と、
前記内殻軸受部と前記ハウジング部との間に設けられた中間スリーブ部と、を含み、
前記内殻軸受部と前記中間スリーブ部との間に液体冷却チャネルが設けられており、
前記軸受面は２列のガス出口を有し、前記２列のガス出口は、前記軸受面と前記軸受アセンブリに入れられた場合のシャフトとの間にガスフィルムを生成するためにガスを供給し、
前記２列は互いに軸方向に離間され、前記液体冷却チャネルは軸方向で前記２列のガス出口の間にある、ガス軸受アセンブリ。
【請求項２】
前記内側ラジアル軸受部と前記ハウジング部との間に少なくともひとつの弾性減衰部材が設けられる、請求項１に記載のガス軸受アセンブリ。
【請求項３】
前記少なくともひとつの弾性減衰部材は前記中間スリーブ部に設けられる、請求項１に記載のガス軸受アセンブリ。
【請求項４】
前記ハウジング部と前記内側ラジアル軸受部との間に前記内側ラジアル軸受部を囲むように一対の弾性減衰部材が設けられ、前記一対の弾性減衰部材は互いに軸方向に離間されている、請求項２または３に記載のガス軸受アセンブリ。
【請求項５】
前記ハウジング部と前記内側ラジアル軸受部との間に前記内側ラジアル軸受部を囲むように一対のオーリングが設けられ、前記一対のオーリングは互いに軸方向に離間されており、中間スリーブ部に設けられている、請求項１から４のいずれかに記載のガス軸受アセンブリ。
【請求項６】
前記内殻軸受部は前記中間スリーブ部の内側にぴったり合う、請求項１から５のいずれかに記載のガス軸受アセンブリ。
【請求項７】
前記ハウジング部は前記内側ラジアル軸受部がその中に配置される穴を有し、前記内側ラジアル軸受部は前記穴の壁と対向する外曲面を有し、前記内側ラジアル軸受部の前記外曲面と前記穴との間に隙間が設けられ、
前記内殻軸受部と前記中間スリーブ部との間に設けられる前記液体冷却チャネルは出口および入口のうちの少なくともひとつを有し、出口および入口のうちの前記少なくともひとつは前記内側ラジアル軸受部の外曲面にある、請求項１から６のいずれかに記載のガス軸受アセンブリ。
【請求項８】
前記液体冷却チャネルの、出口および入口のうちの前記少なくともひとつの周りに設けられた少なくともひとつの補助オーリングを備える、請求項７に記載のガス軸受アセンブリ。
【請求項９】
前記補助オーリングは前記中間スリーブ部に設けられる、請求項８に記載のガス軸受アセンブリ。
【請求項１０】
前記ハウジング部を前記内側ラジアル軸受部に電気的に接続するための弾性電気接点として機能するよう構成された圧縮バネを備える、請求項１から９のいずれかに記載のガス軸受アセンブリ。
【請求項１１】
アキシャル軸受部と第２液体冷却チャネルとを備え、前記第２液体冷却チャネルは前記アキシャル軸受部の領域に設けられ、前記第２液体冷却チャネルは、前記内殻軸受部と前記中間スリーブ部との間に設けられた前記液体冷却チャネルと流体連結される、請求項１から１０のいずれかに記載のガス軸受アセンブリ。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれかに記載のガス軸受アセンブリと、前記軸受アセンブリ内に入れられたシャフトと、を備えるガス軸受スピンドル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス軸受スピンドルおよびガス軸受スピンドルのためのガス軸受アセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
特に関心があるのはガス軸受スピンドルである。ガス軸受スピンドルは高速ドリルアプリケーションにおける使用に適している。そのようなアプリケーションの例は、ＰＣＢ（Printed Circuit Board）のドリルである。ＰＣＢドリル機器では、広範な異なる直径に亘る穴を、それに対応して広範な異なる速さで掘ることができる機器を有することが望まれている。したがって、例えば、一方では直径６．３ｍｍの穴を１５０００ｒｐｍから２００００ｒｐｍ程度の速さで掘ることができ、他方では直径０．１ｍｍから０．２ｍｍ程度の穴を２０００００ｒｐｍや３０００００ｒｐｍ程度の速さで掘ることができる機器を提供することが望まれている。さらに、そのような穴は高い精度で掘られる必要があり、一般にプリント基板に高品質の穴を提供することが要求されている。
【０００３】
全てではないにしても大抵の速さでドリルする場合、デバイスのラジアルおよび／またはアキシャル振動によって、掘られる穴の質が低下する傾向にある。そのような振動を減衰させることは、この課題を軽減するのに非常に役に立つ。
【０００４】
加えて、この減衰により軸受ガスフィルム内のハーフホワール（half speed whirl）の発生が抑えられることにより、シャフトは非常に高いトップスピードを得ることができる。（ハーフホワールは超臨界エアロスタティック軸受システムにおいて生じるよく知られた共振条件であり、それが発生すると通常ガスフィルムが不安定となりスピンドル異常が引き起こされる。これは、だいたい軸受ガスフィルム臨界速度の２倍で発生する。）
【０００５】
減衰を提供するための１つの既存の方法は、スピンドルの軸受をエラストマーのオーリング上に取り付けることである。この場合、基本的には、軸受は設定された制約内で、オーリング上でシャフトの動きに合わせて径方向にも軸方向にも動くことができる。したがって、ドリル過程で生成された振動エネルギはオーリング材料の絶え間ない変形により吸収されうる。これにより、良いシャフトの減衰が得られる。しかしながら、この技術をＰＣＢスピンドルに適用する際の良くない点は、非常に小さな穴を掘るのに必要な高速では、ガスフィルムのせん断により軸受内にかなりの熱が発生することである。この課題を克服するためのひとつのアプローチは、水冷などの冷却を提供することにより過熱を防ぎ、エアフィルムギャップの熱膨張を制御することである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながらこれは困難性を伴わないわけではない。正しい場所に冷却が提供される必要があり、また減衰効果が維持される必要がある。
【０００７】
本発明は、スピンドル内の望ましい減衰を除去することなしにそのような冷却が提供されうる装置を提供することを指向する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のある態様によると、ガス軸受スピンドルのためのガス軸受アセンブリが提供される。このガス軸受アセンブリは、ハウジング部と、ハウジング部内に設けられ、ハウジング部に対して弾性的に取り付けられた内側ラジアル軸受部と、を備える。内側ラジアル軸受部は、軸受面を有する内殻軸受部と、内殻軸受部とハウジング部との間に設けられた中間スリーブ部と、を含む。内側軸受殻部と中間スリーブ部との間に液体冷却チャネルが設けられている。
【０００９】
この態様によると、ハウジング部と内側ラジアル軸受部との間の弾性的取り付けの有効性を損なうことなく、軸受アセンブリを、特に軸受面の領域を冷却するために、液体冷媒を使用することができる。
【００１０】
液体冷却チャネルは部分的に中間スリーブ部の表面によって規定されてもよい。液体冷却チャネルは部分的に内殻軸受部の表面によって規定されてもよい。
【００１１】
内側ラジアル軸受部とハウジング部との間に少なくともひとつの弾性減衰部材が設けられてもよい。そのような部材は、内側ラジアル軸受部とハウジング部との間の弾性的な取り付けを提供できるかまたは少なくとも容易にすることができる。
【００１２】
少なくともひとつの弾性減衰部材は、内側ラジアル軸受部を囲むように設けられてもよい。少なくともひとつの弾性減衰部材は中間スリーブ部に設けられてもよい。
【００１３】
ハウジング部と内側ラジアル軸受部との間に内側ラジアル軸受部を囲むように一対の弾性減衰部材が存在することが好ましい。その一対の弾性減衰部材は互いに軸方向に離間されていてもよい。一対の弾性減衰部材は、内側ラジアル軸受部の両端側のそれぞれにひとつづつ設けられてもよい。一対の弾性減衰部材は中間スリーブ部上に設けられてもよい。
【００１４】
ハウジング部と内側ラジアル軸受部との間に少なくともひとつのオーリングが設けられてもよい。少なくともひとつのオーリングは、ハウジング部と内側ラジアル軸受部との間の弾性的な取り付けを提供できるかまたは少なくともそれに貢献できる。
【００１５】
少なくともひとつのオーリングは内側ラジアル軸受部を囲むように設けられてもよい。少なくともひとつのオーリングは、その軸が内側ラジアル軸受部の軸と総じて平行となるように、好ましくは総じて一致するように、設けられてもよい。少なくともひとつのオーリングは中間スリーブ部上に設けられてもよい。
【００１６】
ハウジング部と内側ラジアル軸受部との間に内側ラジアル軸受部を囲むように一対のオーリングが存在することが好ましい。その一対のオーリングは互いに軸方向に離間されていてもよい。一対のオーリングは、内側ラジアル軸受部の両端側のそれぞれにひとつづつ設けられてもよい。一対のオーリングは中間スリーブ部上に設けられてもよい。
【００１７】
内殻軸受部は総じて環状であってもよい。中間部は総じて環状であってもよい。
【００１８】
内殻部は中間部の内側にぴったり合ってもよい。これは締まりばめであってもよい。
【００１９】
ハウジング部は内側ラジアル軸受部がその中に配置される穴を有してもよい。内側ラジアル軸受部は穴の壁と対向する外曲面を有してもよい。内側ラジアル軸受部の外曲面と穴との間に隙間が設けられてもよい。内側ラジアル軸受部の外曲面は中間部の外曲面であってもよい。隙間は少なくともひとつの弾性減衰部材によって維持されてもよい。
【００２０】
穴は円筒状の穴であってもよい。内側ラジアル軸受部の外曲面は円筒面であってもよい。
【００２１】
内側軸受殻部と中間スリーブ部との間に設けられる液体冷却チャネルは内側ラジアル軸受部の外曲面にある出口を有してもよい。
【００２２】
内側軸受殻部と中間スリーブ部との間に設けられる液体冷却チャネルは内側ラジアル軸受部の外曲面にある入口を有してもよい。
【００２３】
ガス軸受アセンブリは、内側軸受殻部と中間スリーブ部との間に設けられた液体冷却チャネルへの入口またはそれからの出口の周りに設けられた少なくともひとつの補助オーリングを備えてもよい。一対の補助オーリングが存在してもよい。一方は液体冷却チャネルへの入口の周りに設けられ、他方は液体冷却チャネルからの出口の周りに設けられてもよい。そのまたは各補助オーリングは中間スリーブ部上に設けられてもよい。そのまたは各補助オーリングは、その主軸がガス軸受アセンブリの軸と交差するよう設けられてもよい。そのまたは各補助オーリングの主軸は、ガス軸受アセンブリの径に沿った向きを有していてもよい。
【００２４】
一般的には、ハウジング部と内側ラジアル軸受部との間の密閉を有効とするためにシーリング手段が提供されてもよい。オーリングおよび／または補助オーリングは、ハウジング部と内側ラジアル軸受部との間の密閉を有効とするために設けられてもよい。
【００２５】
シーリング手段は内殻軸受部と中間スリーブ部との間に設けられてもよい。シーリングオーリングは、内殻軸受部と中間スリーブ部との間に設けられてもよい。
【００２６】
軸受面は典型的には少なくとも一列のガス出口を備え、このガス出口は軸受面と軸受アセンブリ内に配置されたシャフトとの間にガスフィルムを生成するためにガスを供給する。
【００２７】
各ガス出口はジェットを含んでもよい。
【００２８】
ガス出口のそのまたは各列に対応して、内側ラジアル軸受部に、一対の軸方向に離間されたシール、例えばシーリングオーリングが設けられてもよい。一対のシールの一方はガス出口の列の一方の側に設けられ、他方はガス出口の列の他方の側に設けられてもよい。
【００２９】
軸受アセンブリは２列のガス出口を有してもよい。２列は互いに軸方向に離間され、液体冷却チャネルは軸方向で２列のガス出口の間にあってもよい。
【００３０】
上述のオーリングのような複数のシールは合わせて、軸受アセンブリを通過してガス出口のそのまたは各列に至るガス経路および軸受アセンブリを通過して液体冷却チャネルに至る液体経路を提供するためのシーリングを提供できる。
【００３１】
液体冷却チャネルは環状のチャネルであってもよく、軸受アセンブリの主軸と一致する軸を有してもよい。
【００３２】
ガス軸受アセンブリはアキシャル軸受部を備えてもよい。ガス軸受アセンブリは第２液体冷却チャネルを備えてもよい。第２液体冷却チャネルはアキシャル軸受部の領域に設けられてもよい。第２液体冷却チャネルは、内側軸受殻部と中間スリーブ部との間に設けられた液体冷却チャネルと流体連結されてもよい。第２液体冷却チャネルは環状のチャネルであってもよい。
【００３３】
ガス軸受アセンブリは、ハウジング部を内側ラジアル軸受部に電気的に接続するための弾性電気接点要素を備えてもよい。
【００３４】
接点要素は、内側ラジアル軸受部の弾性的な取り付けに大きく影響を与えないよう、かつ、ドリル過程および他の機械工作過程においてよく使用される電動工具タッチダウン技術（electrical tool touch down techniques）での使用のための、軸受アセンブリを通じた電気経路を提供するよう、構成されるべきである。
【００３５】
そのような接点要素の最初の候補は、炭素フィラメントブラシであった。しかしながら、損耗および／またはメンテナンスのためにフィラメントが失われる傾向に有り、そのように失われたフィラメントがオーリングシールに捕まり、水漏れを発生させる可能性があるので、そのようなブラシは望ましくないことが分かった。したがって、弾性電気接点要素は圧縮バネを含むことが好ましい。
【００３６】
ガス軸受アセンブリはエアロスタティックガス軸受アセンブリであってもよい。
【００３７】
本発明の別の態様によると、上述のガス軸受アセンブリと、軸受アセンブリ内に入れられたシャフトと、を備えるガス軸受スピンドルが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
例示のみを目的とし、添付の図面を参照して本発明の実施の形態が説明される。
【００３９】
【図１】本発明を理解する上で役に立つ第１ドリルスピンドルの一部を示す模式図である。
【図２】この場合、本発明を具現化する第２ドリルスピンドルを示す模式図である。
【図３】図２に示されるスピンドルの軸受アセンブリを示す模式図である。
【図４】図４Ａおよび図４Ｂは、図３に示される軸受アセンブリの中間スリーブおよびそのスリーブに設けられたオーリング溝を示す模式図である。
【図５】図５Ａおよび図５Ｂは、図３に示される軸受アセンブリの変形バージョンであり、弾性電気接点要素を含むものを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
図１は高速ＰＣＢドリルスピンドルの一部を模式的に示す。そのようなスピンドルは多くの点で通常のものである。ＰＣＢドリルスピンドルは空気軸受スピンドルであり、そのスピンドルの筐体部２内に収まる２つのラジアル空気軸受アセンブリを備える。ツールホルダ４が設けられたシャフト３は、ラジアル空気軸受１内に入れられている。筐体部２内に設けられたステータ５１とシャフト４に置かれた巻き線５２とから構成されるモータ５は、シャフト４を筐体部２に対して回転駆動するために設けられる。ツールホルダ４は、ツール、この例ではＰＣＢ材料に穴を掘るためのドリルツールを保持するよう構成される。シャフト３の端部のツールホルダ４から離れた所にあるスラストランナ３１に作用するアキシャル空気軸受構成６が設けられる。
【００４１】
図１のドリルスピンドルは、上述された程度では従来のものである。したがって、その一般的な構成や動作の詳細な説明は、説明を簡潔とするため本明細書では省略される。適切な空気軸受およびモータ駆動、それに加えて駆動対象のツールを保持するためのツールホルダを含む空気軸受スピンドルを提供することについては確立された技術が存在することは理解されるであろう。
【００４２】
本願は主に、そのようなスピンドルに設けられてもよい軸受１、６のある態様の構成および機能に関する。
【００４３】
図１に示されるスピンドルの各ラジアル空気軸受アセンブリ１には２つの主たる部材が存在する。第１は外側軸受ハウジング部１１である。内殻軸受部１２は外側軸受ハウジング部１１の中に取り付けられる。外側軸受ハウジング部１１および内殻軸受部１２は両方とも概ね環状の部材である。したがって、内殻軸受１２は外側軸受ハウジング部１１の穴の中に取り付けられる。しかしながら、内殻軸受部１２の外曲面と外側軸受部１１の穴の内曲面との間にはかなりの隙間が設けられる。
【００４４】
内殻軸受部１２は、一対のオーリング１３を介して外側軸受ハウジング部１１に取り付けられる。一対のオーリングのうちの一方は軸受アセンブリ１の一端側に設けられ、他方のオーリング１３は軸受アセンブリ１の他端側に設けられる。これらのオーリング１３は外側軸受ハウジング部１１内で弾性的に内殻軸受部１２を支持する役割を果たす。
【００４５】
これら上述の２つの部材１１、１２間の隙間およびオーリング１３の弾性のため、内殻軸受部１２は、外側軸受ハウジング部１１に対して軸方向および径方向の両方についてある程度の移動自由度を有する。
【００４６】
無論、そのような移動が生じた場合、オーリング１３は変形するであろう。この構成は図１のスピンドルに設けられている軸受アセンブリ１の両方について当てはまる。
【００４７】
したがって、スピンドルの動作中にシャフト３が振動しようとする場合、内殻軸受部１２はオーリング１３上を動くことができ、そのオーリング１３はこの振動エネルギを吸収することができ、したがって、シャフト３の振動を減衰させることができる。これにより、より良いドリル性能がもたらされる。本明細書の導入部分でほのめかされているように、そのような減衰を使用するシステムが存在する。
【００４８】
しかしながら本スピンドルでは、軸受アセンブリ１内に環状水冷チャネル７が設けられている。このチャネルにより、冷媒、特に本例では水を、適切な経路を介して冷媒チャネル７に供給することができる。これにより、軸受アセンブリ１、特に内殻軸受部１２を冷却することができる。
【００４９】
最初、そのような構成により軸受アセンブリ１の性能を改善でき、したがってスピンドル全体の性能を改善できると考えられていた。
【００５０】
しかしながら、そのようなチャネルに冷媒を提供することは、軸受アセンブリ１の減衰性能に非常に良くない影響を与えることが分かった。これは、一旦環状冷媒チャネル７が水で満たされると、それが内殻軸受部１２から外側軸受ハウジング１１へのエネルギの強固な伝達媒体として作用するからであり、これにより、オーリング１３減衰の効果がかなり低減されてしまう。さらに、軸受内の水圧が高いほど、達成されるトータルの減衰効果は低くなる。
【００５１】
したがって、一見図１に示されるスピンドルの構成は魅力的に見えるが、現実はむしろ異なる。
【００５２】
図２から図４は、図１の装置に見られるような減衰への顕著な悪影響無しに冷却を達成できる改良された装置に関する。
【００５３】
図２は本発明を具現化するＰＣＢドリルスピンドルを示す。このＰＣＢドリルスピンドルは、例えば約２０００００ｒｐｍや３０００００ｒｐｍ程度までのスピードでの高速ドリルに使用でき、かつ、１５０００ｒｐｍから２００００ｒｐｍ程度の比較的低いスピードでも使用できるよう意図されている。
【００５４】
図２に示されるスピンドルのデザインおよび構造の多くは通常のものであり、図１に関連して上述されたものと同様である。
【００５５】
したがって、再び、スピンドルはスピンドル筐体２内に取り付けられた一対のラジアル空気軸受アセンブリ１を備える。ツールホルダ４が設けられているシャフト３は、ラジアル空気軸受１内に入れられている。再び、シャフトをスピンドルの主筐体２に対して回転駆動し、したがってツールホルダ４およびそれに取り付けられたツールをスピンドルの主筐体２に対して回転駆動するために、モータ５が設けられている。再び、本例ではツールホルダ４が設けられているシャフト３の端部と同じシャフト３の端部に設けられているスラストランナ３１に作用するアキシャル軸受構成６が設けられる。
【００５６】
図２に示されるような本スピンドルのラジアル空気軸受アセンブリ１は、図１に示されるスピンドルのそれとは異なる。ツールホルダ４が設けられているスピンドルの領域と同じスピンドルの領域に設けられた前方軸受アセンブリ１は、スピンドルの他端に設けられた後方軸受アセンブリ１と、同一ではないにしても似ている。
【００５７】
前方軸受アセンブリ１のさらなる詳細は図３に示される。前方軸受アセンブリ１は図２、図３および図４を参照して以下にさらに詳述される。
【００５８】
図２に示されるスピンドルの前方軸受アセンブリ１には、再び、外側軸受ハウジング部１１が存在する。内殻軸受部１２はその外側軸受ハウジング部１１の中に取り付けられる。しかしながら本例では、殻軸受部１２と外側軸受ハウジング部１１との間に中間スリーブ部１４が設けられる。内殻軸受部１２と中間スリーブ部１４とは一緒に内側軸受部１０を形成していると見なされてもよい。
【００５９】
再び、この場合、外側軸受ハウジング部１１は概ね環状であり穴を有する。内側軸受部１０はこの穴の中に設けられる。さらに、図２のスピンドルの内殻軸受部１２は概ね環状であり、中間スリーブ部１４もまた概ね環状である。本実施の形態の中間スリーブ部１４は、内殻軸受部１２に焼きばめされる。
【００６０】
内側軸受部１０は、外側軸受ハウジング部１１内に弾性的に取り付けられる。この取り付けの態様は、図１のスピンドルにおいて内殻軸受部１２が外側軸受ハウジング部１１内に取り付けられるときの態様と似た態様である。したがって、内側軸受部１０はオーリング１３を介して外側軸受ハウジング部１１に取り付けられ、内側軸受部１０の外曲壁と外側軸受ハウジング部１１の穴の内曲壁との間には隙間がある。
【００６１】
本実施の形態では、内側軸受部１０内に環状溝７の形で冷媒チャネルが設けられている。特に、この冷媒チャネル７は内殻軸受部１２と中間スリーブ部１４との間に設けられている。冷媒チャネル７は、一方を内殻軸受部１２の表面、他方を中間スリーブ部１４の表面によって規定される。したがって、どう見ても、冷媒チャネル７は中間スリーブ１４によって外側軸受ハウジング部１１からシールドされている。この中間スリーブ１４は、冷媒チャネル７と外側軸受ハウジング部１１との間に存在する。これは、使用中冷媒チャネル内に提供される冷媒と外側軸受ハウジング部１１の穴の表面との間に直接的な接触がない（機械的な接触がない、とも言えるかもしれない）ことを意味する。
【００６２】
しかしながら無論、内側軸受部１０に設けられた環状冷媒チャネル７に水を供給しなければならないし、またそこから水を取り出されなければならない。したがって、冷媒チャネル７の入口７１は外側軸受ハウジング部１１に設けられた供給口１１ａと合わせられ、冷媒チャネル７の出口７２は外側軸受ハウジング部１１の排出口１１ｂと合わせられる。したがって、水は入口ポート１１ａを介して冷媒チャネルに供給され、チャネル７を流れ、出口７２を介して排出口１１ｂに流れ出てもよい。
【００６３】
冷媒チャネル７は内側軸受部１０内に張り巡らされていることは注意されるべきである。本実施の形態では、チャネル７への入口７１は出口７２と直径方向に対向している。したがって、冷媒は入口７１に流れ込み、２つの経路に分離され、軸受アセンブリの両側を回って流れ、その後出口７２で再会し、内側軸受部１０を出る。
【００６４】
前方ラジアル軸受アセンブリ１の外側軸受ハウジング部１１には第２冷媒チャネル７３が設けられる。この第２冷媒チャネル７３はアキシャル軸受構成６を冷却するために設けられる。アキシャル軸受構成６のアキシャル軸受プレート６１は、前方ラジアル軸受アセンブリ１の外側軸受ハウジング部１１に接する。第２冷媒チャネル７３は、アキシャル軸受プレート６１に対向して接する外側軸受ハウジング部１１の表面の環状溝として形成される。
【００６５】
第２冷媒チャネル７３は供給チャネル７４を介して第１冷媒チャネル７と流体連結される。供給チャネル７４は、外側軸受ハウジング部１１内で軸方向に走っており、排出口１１ｂと第２冷媒チャネル７３とをつなぐ。したがって、使用中は、水はまず内側軸受部１０内に設けられた第１冷媒チャネル７に入ってそれを流れ、次に内側軸受部１０から流れ出て、供給チャネル７４を介して第２冷媒チャネル７３に流れ込む。
【００６６】
図４Ａおよび図４Ｂは、前方ラジアル軸受アセンブリ１の中間スリーブ１４を模式的に示す。特にそれらは冷媒チャネル７のための入口７１および出口７２を示す。入口７１および出口７２のそれぞれを囲むように、オーリング溝７１ａ、７２ａが設けられている。オーリング溝７１ａ、７２ａにはそれぞれオーリング７１ｂ、７２ｂが収まる（図３参照）。図３に見られるように、これらのオーリング７１ｂ、７２ｂは、外側軸受ハウジング部１１の穴の壁に対して入口７１の周りおよび出口７２の周りをそれぞれ封するよう作用する。
【００６７】
上述のように、内側軸受部１０の各端部に設けられたオーリング１３は、内側軸受部１０の外側軸受ハウジング部１１に対する弾性的な取り付けを提供する。これにより、必要とされる減衰が得られる。入口７１の周りおよび出口７２の周りに設けられたオーリング７１ｂ、７２ｂは、入口ポート１１ａと入口７１との間のシールおよび出口７２と排出口１１ｂとの間のシールを、この弾性的な取り付けを損なうことなく提供する必要がある。これは、その領域において、中間スリーブ１４の表面と外側軸受ハウジング部１１の穴の表面との間に適切な隙間を設け、かつ適切なオーリング７１ｂ、７２ｂを選択するようにすることにより達成可能である。
【００６８】
ここで、中間スリーブ１４は環状であり概ね円筒状の外面を有するものの、その環の厚さはスリーブ１４の軸方向の長さに沿って一定ではないことを注意しておく。特に、入口７１および出口７２が形成されている中央帯においてスリーブ１４の外径がより大きくなっている。したがって、スリーブ１４の外曲面は段状となっている。図３に見られるように、これにより、軸受アセンブリ１の中央領域すなわち入口７１および出口７２の領域においてスリーブ１４と外側軸受ハウジング部１１の穴との隙間はより小さくなる。
【００６９】
入口７１の周りおよび出口７２の周りのオーリング７１ｂ、７２ｂは中間スリーブ部１４の外面に設けられ、それらの向きはオーリングの軸が軸受アセンブリの半径に実質的に沿うような向きとされている一方で、主たる減衰オーリング１３は内側軸受部１０および中間スリーブ部１４を囲むように設けられ、その向きは減衰オーリング１３の主軸が概ね軸受アセンブリ１の軸と一致するような向きとされていることを注意しておく。
【００７０】
無論、ラジアル軸受アセンブリ１は空気軸受アセンブリであることは思い出されるであろう。したがって、冷却のための軸受アセンブリを通じた適切な水路を密閉すると共に、空気軸受に空気を供給するための空気供給経路を密閉する必要がある。
【００７１】
この点に関し、軸受アセンブリ１の両端に設けられた減衰オーリング１３および入口７１の周りおよび出口７２の周りに設けられたシーリングオーリング７１ｂ、７２ｂは、空気軸受に適切な空気供給チャネルを提供するための密閉機能をも提供することは、注意されるべきである。
【００７２】
図３に見られるように、軸受アセンブリは２列のジェット８を備え、それら２列のジェット８は内殻軸受部１２の軸受面１２ａに設けられている。動作中、ジェット８は空気軸受に空気を提供し、軸受面１２ａとシャフト３との間に必要なガスフィルムを生成する。２列のジェット８は互いに軸方向に離間されており、冷媒チャネル７および冷媒チャネル７の入口７１および出口７２は軸方向でその２列のジェットの間に設けられていることは注意されるべきである。
【００７３】
さらに、内殻軸受部１２と中間スリーブ部１４との間の、ジェット列の両側にシーリングオーリング１２ｂが設けられている。これらのオーリング１２ｂ対のそれぞれは、ジェット８への空気供給のためのシールを提供する。再び、これらのシーリングオーリング１２ｂの向きは、その軸が軸受アセンブリ１の主軸と概ね一致するような向きとされる。
【００７４】
上記の説明は、スピンドルの領域であってツールホルダ４によっても占められている領域、にある前方ラジアル軸受アセンブリ１に関するものであった。しかしながら、ほとんどの点で、上記の説明は後方ラジアル軸受アセンブリ１にも等しく当てはまる。特に、再び、この後方ラジアル軸受アセンブリ１は、中間スリーブ部１４によって囲まれた内殻軸受部１２の同様な構成を有する。中間スリーブ部１４は外側軸受ハウジング部１１の中に設けられている。再び、中間スリーブ部１４と内殻軸受部１２との間に冷媒チャネル７が設けられている。本実施の形態における２つのラジアル軸受アセンブリ１間の主な違いは、単に、後方軸受アセンブリ１はアキシャル軸受構成６の近くにないので後方軸受アセンブリ１は第２冷媒チャネル７３を含まないということである。
【００７５】
２つのラジアル軸受アセンブリ１は共に、スピンドルの動作中に振動を減衰させつつ軸受を水冷することを可能とする。
【００７６】
上記の説明はＰＣＢドリルアプリケーションにおいて本アイデアを使用するということに関して記載されたが、そのアイデアは他の機械工作アプリケーションでの軸受に使用できることは注意されるべきである。そのような機械工作アプリケーションは、上記のタイプの高速度の使用を含むかもしれないし含まないかもしれない。また、そのような機械工作アプリケーションは、上記のような広範な動作速度に亘る機械の動作を含むかもしれないし含まないかもしれない。
【００７７】
ＰＣＢドリル過程および他の機械工作過程では、機械は通常、ドリル先端（または他のツール）がＰＣＢ片などの加工対象物に最初に接触する箇所を正確に検出するためのツールタッチダウン検出システムを備える。一般に、これらのツールタッチダウンシステムは電気的な検出を使用し、ツールが加工対象物に接触すると電気回路が作られるということに基づき動作する。一般に、そのような検出システムが動作するためには、機械工作スピンドルを通じた伝導路が必要であり、特に軸受アセンブリを通じた伝導路が必要である。
【００７８】
大抵の従来の軸受アセンブリでは、スピンドルおよび軸受アセンブリの構造により、スピンドルを通じた既製の電気伝導路が存在する。
【００７９】
しかしながら、図２に示されるスピンドルに含まれる軸受アセンブリであって図３に示されるタイプの軸受アセンブリでは、この電気伝導路は弾性的なオーリング取り付け台１３が提供されていることにより切断されている。その弾性的なオーリング取り付け台１３は、外側軸受ハウジング部１１と内側軸受部１０との間、より具体的には外側軸受ハウジング部１１と中間スリーブ部１４との間にある。
【００８０】
図５Ａおよび図５Ｂは図３に示される軸受アセンブリの変形例を模式的に示す。これは、軸受アセンブリを通じた電気伝導路を復活させ、もってドリルスピンドル全体を通じた電気伝導路を復活させることを目的として設計されている。
【００８１】
図５Ａは第１変形例に係る軸受アセンブリを示す。この軸受アセンブリは、図３に示される軸受アセンブリとほとんどの点で同等である。しかしながら、それは図３の断面とは異なる断面で示されており、また炭素ブラシ５０１が提供されていることにより変形されている。この炭素ブラシ５０１は外側軸受ハウジング部１１に取り付けられ、アキシャルグラブスクリュー５０２によってその位置が固定されている。アキシャルグラブスクリュー５０２は瞬間接着剤を使用してその位置で密封されている。炭素ブラシ５０１は複数の炭素ブラシフィラメントまたはファイバを有し、そのフィラメントまたはファイバは銅製ホルダで束ねられている。炭素フィラメントは弾力的であり、したがって外側軸受ハウジング部１１と内側軸受部１０との間の弾性的な取り付けと悪い干渉は起こさない。さらに、それは良い電気接触を提供する。
【００８２】
しかしながら、使用中および／またはメンテナンス中に、ブラシのひとつまたは複数のフィラメントがゆるくなる傾向にあることが分かった。そのようにフィラメントがゆるくなると、そのフィラメントはアセンブリのオーリングシールのひとつに捕まえられる可能性がある。特にアセンブリがメンテナンス等で分解される場合にそうである。そのように捕まえられたフィラメントは、影響を受けたオーリングによって提供されるシールと干渉することにより、水漏れを引き起こす傾向にある。
【００８３】
図５Ｂは図３に示される軸受アセンブリの、現在のところ好ましい変形バージョンを示す。ここでも再び、外側軸受ハウジング部１１を内側軸受部１０に電気的に接続するよう弾性電気接点要素が設けられる。しかしながらこの場合、外側軸受ハウジング部１１にらせん状の圧縮バネ５０３が設けられる。バネ５０３は外側軸受ハウジング部１１のラジアル穴内に設けられ、ロッキンググラブスクリュー５０４によって内側軸受部１０に対して、特に中間スリーブ部１４に対して押し当てられる。このグラブスクリューは瞬間接着剤によりその位置で密封される。したがって、らせん状の圧縮バネ５３は軸受アセンブリを通じた電気伝導性を回復させ、図５Ａに示されるような軸受アセンブリの第１変形バージョンに含まれる炭素ファイバブラシに関連する課題は示さない。代替案として、構成を逆にしてもよい。すなわち、バネは内側軸受部に取り付けられてもよい。さらに、必要であれば複数のそのような接点要素が設けられてもよい。
【００８４】
本設計の以下の便利な態様は認識されるべきである。
【００８５】
異常負荷の下で内側軸受部１０が外側軸受ハウジング部に対して回転可能なように内側軸受部１０および外側軸受ハウジング部１１が構成されているので、故障（crash）やかみこみ（jam）などのスピンドル異常の場合に生じるリスクおよび／または損傷の度合いを低減できる。通常使用時は、アセンブリのオーリングは内側軸受部１０と外側軸受ハウジング部１１との相対回転に耐えるであろう。しかしながら、非常に高い負荷の下ではいくらか回転的な弾性が存在し得、それは損傷の軽減に役に立つ。
【００８６】
軸受アセンブリの構成により、内側軸受部１０（内殻１２および／または中間スリーブ１４）に損傷が生じた場合、軸受の残りの部分が損傷を受けていなければ、内側軸受部１０を取り替えることができる。これは軸受アセンブリ全体を取り替えるよりは当然廉価である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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